WO2018142850A1 - 電流センサ装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a current sensor device that measures a current flowing in a current path, and more particularly to a current sensor device that includes a magnetoelectric conversion element in a current path.
- a large current is handled in a power conversion device (inverter) that supplies power to a motor for traveling. Therefore, it is necessary to accurately control the current flowing in the current path.
- a current sensor device has been developed in which a magnetoelectric conversion element is attached to a current path and the magnitude of a current flowing in the current path is accurately measured.
- a bus bar module 900 described in Patent Document 1 below is known as a current sensor device that does not affect each other even if three bus bars are attached at close distances.
- the bus bar module 900 will be described with reference to FIG.
- the bus bar module 900 includes a first bus bar 902, a second bus bar 903, and a third bus bar 904 that are arranged in parallel, and a first bus bar 902 that is arranged to face the side surface of the first bus bar 902.
- the cross-sectional area of the first bus bar 902 in the cross section (IIIA-IIIA cross section in the figure) perpendicular to the extending direction (X-axis direction) of the first and second bus bars 902 and 903 through the first magnetoelectric conversion element 906a is the second.
- the cross-sectional area of the bus bar 903 is smaller.
- the cross-sectional area of the second bus bar 903 in a cross section (IIIB-IIIB cross section in the drawing) perpendicular to the extending direction (X-axis direction) of the first and second bus bars 902 and 903 through the second magnetoelectric conversion element 906b is The cross-sectional area of the first bus bar 902 is smaller.
- the bus bar module with a current sensor configured as described above has an effect of suppressing the influence of the magnetic flux generated by the second bus bar on the magnetoelectric transducer arranged in the first bus bar. Further, this configuration and effect are the same between the second bus bar and the third bus bar.
- the magnetic flux intensity changes corresponding to the magnitude of the current flowing in the current path. Further, the magnitude of the current flowing in the current path varies depending on the position on the current path due to the skin effect, and this skin effect is proportional to the frequency of the current. Therefore, the magnetic flux intensity also varies depending on the mounting position of the magnetoelectric conversion element on the current path and the current frequency. However, in the bus bar module 900 described above, this change in magnetic flux intensity is not taken into consideration.
- Patent Document 2 discloses a current measuring device 800 in which changes due to the mounting position and frequency of the magnetoelectric transducer are improved.
- the current measuring apparatus 800 will be described with reference to FIG.
- the current measuring device 800 is configured so that the magnetic sensor 810 adjacent to the conductor to be measured 801 is not centered with respect to the width direction of the conductor to be measured 801 but from the center to the end of the conductor to be measured 801. It was made to be provided at As a result, the frequency characteristic of the magnetic sensor 810 with respect to the current changes, and the frequency characteristic can be adjusted. Further, by arranging the magnetic sensor 810 at an optimum position in this range, the frequency characteristic of the magnetic sensor 810 with respect to the current becomes substantially the same as the frequency characteristic with respect to the original magnetism of the magnetic sensor 810, and when it is arranged in the center. As compared with the above, the output becomes stable up to a wide frequency band, and the frequency characteristics can be improved.
- the magnetic sensor In a current sensor device such as the current measuring device 800, when the magnetic sensor is arranged at an optimum position on the conductor to be measured, the magnitude of the magnetic flux intensity vector at that position is almost constant regardless of the frequency.
- the magnetic sensor has a sensitivity axis direction that detects the magnetic flux intensity only in that direction, and even if the magnitude of the magnetic flux intensity vector is constant regardless of the frequency, That is, the magnetic flux intensity is not necessarily constant with respect to the frequency in the direction perpendicular to the mounting surface of the magnetic sensor on the conductor to be measured. That is, the frequency characteristic of the magnitude of the magnetic flux intensity in the sensitivity axis direction is deteriorated.
- the present invention has been made in view of such a state of the art, and provides a current sensor device that has good frequency characteristics of magnetic flux intensity and can accurately measure a current flowing in a current path.
- a current sensor device includes a current path made of a metal conductor and a magnetoelectric conversion element that measures magnetic flux intensity due to a current flowing through the current path, and the current paths are orthogonal to each other.
- a rectangular parallelepiped shape having a plurality of faces, a side in the width direction shorter than the length of the side in the longitudinal direction, and a side in the thickness direction shorter than the length of the side in the width direction.
- the current flows in the longitudinal direction of the current path, and the magnetoelectric conversion element is disposed at a position not facing each of the plurality of surfaces, and the sensitivity axis direction of the magnetoelectric conversion element is set in the thickness direction. It has the characteristic of being parallel to.
- the current sensor device configured as described above has a magneto-electric transducer in which the sensitivity axis direction is parallel to the thickness direction of the current path, the high frequency magnetic flux intensity is high, the low frequency magnetic flux intensity component in the sensitivity axis direction, and the high frequency magnetic flux intensity. Since the sensitivity difference in each of the components in the sensitivity axis direction is a position where the difference in sensitivity is small, the position is not opposed to each of the plurality of surfaces of the current path, the frequency characteristics of the magnetic flux intensity in the sensitivity axis direction can be improved. As a result, the current flowing through the current path can be accurately measured.
- the magnetoelectric conversion element when the width direction is 0 degree and the thickness direction is 90 degrees when viewed from the corner of the rectangular parallelepiped current path, the magnetoelectric conversion element is 30 degrees or more and 60 degrees. It has the characteristic that it is arrange
- the magnetoelectric conversion element is arranged at a position of 30 degrees or more and 60 degrees or less when viewed from the corner of the current path, a fluctuation range of measurement sensitivity is generally required. Can be within the accuracy range.
- the magnetoelectric conversion element is characterized by being arranged at a position of 45 degrees.
- the magnetoelectric conversion element is disposed at a position of 45 degrees when viewed from the corner of the current path, the frequency characteristic of the magnetic flux intensity in the sensitivity axis direction can be optimized. it can.
- the current sensor device includes a magnetoelectric transducer having a sensitivity axis direction parallel to a thickness direction of a current path, a high-frequency magnetic flux intensity, a low-frequency magnetic flux intensity sensitivity axis direction component, and a high-frequency magnetic flux intensity sensitivity axis. Since it is arranged at a position where the difference in sensitivity of each direction component is small and not opposed to each of the plurality of surfaces of the current path, the frequency characteristic of magnetic flux intensity in the sensitivity axis direction can be improved. As a result, the current flowing through the current path can be accurately measured.
- a current sensor device 100 is a current sensor device installed in a power converter (inverter) that supplies power to a traveling three-phase motor such as a hybrid car, and flows in a current path. It is for measuring the magnitude of the current.
- the application of the current sensor device of the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be changed as appropriate.
- FIG. 1 is a perspective view of the current sensor device 100
- FIG. 2 is an enlarged perspective view of the current sensor device 100.
- the current path 10 and the magnetoelectric conversion element 7 in FIG. 1 are shown in a state rotated 90 ° to the left.
- the current sensor device 100 has three current paths 10, 20, and 30 provided in parallel to each other in order to convert the DC power of the vehicle battery into three-phase AC power. Installed at distance intervals.
- the three current paths 10, 20, and 30 are made of metal conductors, one of which is connected to the power supply unit 90, and the other is connected to a three-phase motor (not shown).
- a current C1 is supplied from the power supply unit 90 to the three current paths 10, 20, and 30, and the current C1 is supplied to the three-phase motor.
- the description will be made for the current path 10 and the description of the current paths 20 and 30 is omitted. However, the contents of the current paths 20 and 30 are the same as the contents of the current path 10. .
- the current path 10 has a longitudinal side 13a extending in the longitudinal direction L1 orthogonal to each other, a lateral side 13b shorter than the length of the longitudinal side 13a and extending in the width direction S1, and a width. It has a plurality of sides 13 composed of a side 13c in the thickness direction that is shorter than the length of the side 13b in the direction and extends in the thickness direction D1, and has a plurality of surfaces 11.
- the above-described current C1 flows in the longitudinal direction L1.
- the current path 10 is surrounded by a plurality of surfaces 11, that is, two first surfaces 11 a surrounded by a side 13 a in the longitudinal direction and a side 13 b in the width direction, a side 13 a in the longitudinal direction, and a side 13 c in the thickness direction.
- a magnetoelectric conversion element 7 for measuring the magnetic flux intensity due to the current C ⁇ b> 1 flowing through the current path 10 is provided in the vicinity of the current path 10.
- the magnetoelectric transducer 7 detects the surrounding magnetic flux intensity (magnetic flux density), and then calculates the magnitude of the current C1 flowing through the current path 10.
- the magnetoelectric conversion element 7 has a sensitivity axis direction J1 that detects the magnetic flux intensity only in that direction, and does not detect the magnetic flux intensity in directions other than the sensitivity axis direction J1.
- the magnetoelectric conversion element 7 has a + X side first surface 11 a extending in the + Z direction and a + Z side second surface 11 b near the center in the Y direction of the current path 10. Is arranged at a position on the + Z side of the surface extended in the + X direction, at a position away from each surface 11 (the first surface 11a and the second surface 11b) by a predetermined distance. In other words, the magnetoelectric conversion element 7 is disposed at a position that does not face each of the plurality of surfaces 11 of the current path 10.
- the arrangement position of the magnetoelectric conversion element 7 may be on the ⁇ Z side or the ⁇ X side of the current path 10 as long as it does not face each of the plurality of surfaces 11 of the current path 10. It may not be near the center in the Y direction.
- the magnetoelectric conversion element 7 is attached so that the sensitivity axis direction J1 of the magnetoelectric conversion element 7 is parallel to the thickness direction D1 of the current path 10. Therefore, the magnetic flux generated in the thickness direction D1 of the current path 10 is detected, but the magnetic flux generated in the longitudinal direction L1 and the width direction S1 of the current path 10 is not detected.
- FIG. 3 is an explanatory diagram showing the magnetic flux intensity in the current sensor device 100
- FIG. 4 is an explanatory diagram showing the low-frequency magnetic flux strength vector BV0 and the high-frequency magnetic flux strength vector BV1
- FIG. 4 is a graph showing a sensitivity difference ⁇ B of magnetic flux intensity with respect to an angle ⁇ 1.
- FIG. 3 is a diagram of the current path 10 and the magnetoelectric conversion element 7 as viewed from the ⁇ Y direction to the + Y direction in FIG. In FIG.
- the magnetic flux intensity vector is shown, and in FIG. 5, the magnetic flux intensity sensitivity difference ⁇ B is shown by a broken line at a frequency of 100 Hz, indicated by a one-dot chain line at a frequency of 1000 Hz, and indicated by a two-dot chain line at a frequency of 2000 Hz. Yes.
- the magnetoelectric conversion element 7 is disposed at a position that does not face each of the plurality of surfaces 11 of the current path 10. Specifically, as shown in FIG. 3, the center position 7a of the magnetoelectric transducer 7 is 0 degrees in the width direction S1 and 90 degrees in the thickness direction D1 when viewed from the corner 15 of the current path 10 having a rectangular parallelepiped shape. In this case, the angle ⁇ 1 of the attachment position of the magnetoelectric conversion element 7 with respect to the current path 10 is arranged at a position where it is 30 degrees or more and 60 degrees or less.
- FIG. 3 shows the low-frequency (100 Hz) and high-frequency (2000 Hz) magnetic flux intensities around the current path 10.
- the distribution of the magnetic flux intensity varies depending on the frequency of the flowing current C1.
- the low frequency magnetic flux intensity BP0 having almost the same size is shown.
- the low-frequency magnetic flux intensity BP0 at the center of the first surface 11a and the low-frequency magnetic flux intensity BP0 at the corner 15 where the first surface 11a and the second surface 11b contact each other have the same magnitude.
- the high frequency magnetic flux B1 at high frequency (2000 Hz) has a high frequency magnetic flux intensity BP1 on each surface (second surface 11b and third surface 11c) around the current path 10 as shown in FIG. The size is changed at each position.
- the high frequency magnetic flux intensity BP1 at the central portion of the first surface 11a is smaller than the low frequency magnetic flux strength BP0 at the central portion of the first surface 11a, and the first surface 11a and the second surface 11b are in contact with each other.
- the high frequency magnetic flux intensity BP1 at the corner 15 is larger than the low frequency magnetic flux intensity BP0 at the corner 15.
- FIG. 4 shows the low-frequency magnetic flux intensity vector BV0 indicating the direction and strength of the low-frequency magnetic flux in the corner portion 15 on the second surface 11b of the current path 10 and the direction and strength of the high-frequency magnetic flux in the corner portion 15 as well.
- a high-frequency magnetic flux intensity vector BV1 shown is shown.
- the low frequency magnetic flux intensity vector BV0 and the high frequency magnetic flux intensity vector BV1 can be decomposed into a component in the thickness direction D1 and a component in the width direction S1, respectively.
- the magnitude of the high frequency magnetic flux intensity vector BV1 is larger than the magnitude of the low frequency magnetic flux intensity vector BV0.
- the magnitude of the component in the width direction S1 of the high-frequency magnetic flux intensity vector BV1 is also larger than the magnitude of the component in the width direction S1 of the low-frequency magnetic flux intensity vector BV0.
- the magnitude of the component in the thickness direction D1 of the high-frequency magnetic flux intensity vector BV1 is the same as the magnitude of the component in the thickness direction D1 of the low-frequency magnetic flux intensity vector BV0.
- the magnetoelectric conversion element 7 is attached so that the sensitivity axis direction J1 of the magnetoelectric conversion element 7 is parallel to the thickness direction D1 of the current path 10, so The magnetic flux of the component is detected, but the magnetic flux of the component in the longitudinal direction L1 and the width direction S1 of the current path 10 is not detected. That is, the magnetoelectric conversion element 7 detects only the components in the thickness direction D1 of each of the low frequency magnetic flux intensity vector BV0 and the high frequency magnetic flux intensity vector BV1.
- the high-frequency magnetic flux intensity (the D1-directional component of the high-frequency magnetic flux intensity vector BV1) are the same.
- the magnetoelectric conversion element 7 is viewed from the corner 15 of the current path 10, near the position of 45 degrees when the width direction S1 is 0 degree and the thickness direction D1 is 90 degrees. Furthermore, there is a position where the sensitivity difference ⁇ B of the magnetic flux intensity depending on the frequency can be reduced.
- the width direction S1 is 0 degree and the thickness direction D1 is 90 degrees when viewed from the corner 15 of the current path 10 at a frequency of 100 Hz, 1000 Hz, and 2000 Hz with a direct current, that is, a frequency of 0 Hz as a reference (0 dB).
- the magnetic flux intensity sensitivity difference ⁇ B with respect to the angle ⁇ 1 of the attachment position of the magnetoelectric conversion element 7 is shown.
- the magnetic flux intensity sensitivity difference ⁇ B is substantially constant regardless of the angle ⁇ 1, but at a frequency of 1000 Hz and a frequency of 2000 Hz, the magnetic flux intensity sensitivity difference ⁇ B is an angle ⁇ 1. Has changed.
- the frequency of the current that needs to be measured by the current sensor device 100 is 2000 Hz at the maximum, and the sensitivity difference ⁇ B of the magnetic flux intensity is within an accuracy range of about ⁇ 0.1 dB.
- the angle ⁇ 1 of the attachment position of the magnetoelectric conversion element 7 is arranged at a position of 30 degrees or more and 60 degrees or less, as can be seen from FIG.
- the magnetoelectric conversion element 7 is arranged at a position where the angle ⁇ 1 of the attachment position is 45 degrees. If the angle ⁇ 1 of the attachment position of the magnetoelectric conversion element 7 is 45 degrees, the sensitivity difference ⁇ B of magnetic flux intensity can be set to approximately 0 dB over a low frequency to a high frequency of 2000 Hz. That is, the frequency characteristic of the magnetic flux intensity in the sensitivity axis direction J1 can be optimized.
- the magnetoelectric transducer 7 having the sensitivity axis direction J1 parallel to the thickness direction D1 of the current path 10 has a high frequency magnetic flux B1 and a component of the low frequency magnetic flux B0 in the sensitivity axis direction J1 and the high frequency magnetic flux B1.
- the sensitivity difference ⁇ B of each component in the sensitivity axis direction J1 is a position where the plurality of surfaces 11 of the current path 10 are not opposed to each other, so that the frequency characteristics of the magnetic flux intensity in the sensitivity axis direction J1 are improved. Can do. As a result, the current C1 flowing through the current path 10 can be accurately measured.
- the magnetoelectric conversion element 7 is disposed at a position of 30 degrees or more and 60 degrees or less when viewed from the corner 15 of the current path 10, the measurement sensitivity fluctuation range is within a generally required accuracy range. Can be put.
- the magnetoelectric conversion element 7 is arranged at a position of 45 degrees when viewed from the corner 15 of the current path 10, the frequency characteristic of the magnetic flux intensity in the sensitivity axis direction J1 can be optimized.
- the current sensor device of the present invention includes a magnetoelectric transducer having a sensitivity axis direction parallel to the thickness direction of the current path, a high-frequency magnetic flux intensity and a low-frequency magnetic flux intensity component in the sensitivity axis direction. Since the sensitivity difference between the components in the sensitivity axis direction of the high-frequency magnetic flux intensity is small, the frequency path characteristic of the magnetic flux intensity in the sensitivity axis direction can be improved. . As a result, the current flowing through the current path can be accurately measured.
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Abstract
【課題】磁束強度の周波数特性が良く、電流路に流れる電流の測定を正確に行うことができる電流センサ装置を提供する。 【解決手段】電流センサ装置１００は、金属導体から成る電流路１０と、電流路１０を流れる電流Ｃ１による磁束強度を測定する磁電変換素子７と、を備え、電流路１０は、互いに直交する長手方向の辺１３ａと、長手方向の辺１３ａの長さより短い幅方向の辺１３ｂと、幅方向の辺１３ｂの長さより短い厚み方向の辺１３ｃと、を有して、複数の面１１を有した直方体形状をしており、電流Ｃ１は電流路１０の長手方向Ｌ１に向かって流れ、複数の面１１それぞれと対向しない位置に磁電変換素子７を配置すると共に、磁電変換素子７の感度軸方向Ｊ１を厚み方向Ｄ１と平行にした。
Description
本発明は、電流路に流れる電流を測定する電流センサ装置に関し、特に電流路に磁電変換素子が備えられた電流センサ装置に関する。
ハイブリットカー等の車両では、走行用のモータに電力を供給する電力変換装置（インバータ）において大電流が取り扱われるため、電流路に流れる電流の制御を正確に行う必要がある。そのために、磁電変換素子を電流路に取り付けて、電流路に流れる電流の大きさを正確に測定する電流センサ装置が開発されている。
このような電流センサ装置では、車両用バッテリの直流電力を３相交流電力に変換するための互いに平行に設けられた３本の電流路、即ちバスバが使用される。そのため、３本のバスバを近い距離間隔で取り付ける必要があった。３本のバスバを近い距離間隔で取り付けたとしても、互いに影響し合わないようにした電流センサ装置として、下記の特許文献１に記載のバスバモジュール９００が知られている。図６を用いてバスバモジュール９００について説明する。
バスバモジュール９００は、図６に示すように、平行に配置されている第１バスバ９０２、第２バスバ９０３、及び第３バスバ９０４と、第１バスバ９０２の側面に対向するように配置された第１磁電変換素子９０６ａと、第２バスバ９０３の側面に対向するように配置された第２磁電変換素子９０６ｂと、第３バスバ９０４の側面に対向するように配置された第３磁電変換素子９０６ｃと、を備える。第１磁電変換素子９０６ａを通り第１及び第２バスバ９０２、９０３の延設方向（Ｘ軸方向）と直交する断面（図中のIIIA－IIIA断面）における第１バスバ９０２の断面積が第２バスバ９０３の断面積よりも小さい。また、第２磁電変換素子９０６ｂを通り第１及び第２バスバ９０２、９０３の延設方向（Ｘ軸方向）と直交する断面（図中のIIIB－IIIB断面）における第２バスバ９０３の断面積が第１バスバ９０２の断面積よりも小さい。
このように構成された電流センサ付きバスバモジュールにおいては、第１バスバに配置した磁電変換素子に対して第２バスバが発生する磁束の影響を抑制する、という効果を奏する。また、この構成及び効果は、第２バスバと第３バスバとの間においても同様である。
磁束強度は、電流路に流れる電流の大きさに対応して変化する。また、電流路に流れる電流の大きさは、表皮効果が原因で電流路上の位置によって変化すると共に、この表皮効果は、電流の周波数に比例する。そのため、磁束強度も、磁電変換素子の電流路上の取付け位置及び電流の周波数によって変化する。しかしながら、上述したバスバモジュール９００では、この磁束強度の変化については考慮されていなかった。
この磁電変換素子の取付け位置及び周波数による変化を改善した電流測定装置８００が、特許文献２に開示されている。図７を用いて電流測定装置８００について説明する。
電流測定装置８００は、図７に示すように、被測定導体８０１に近接する磁気センサ８１０を被測定導体８０１の幅方向に対して中央ではなく、中央から被測定導体８０１の端部までの間の位置に設けるようにした。このことによって、電流に対する磁気センサ８１０の周波数特性が変化して、周波数特性を調整することができる。また、この範囲において最適な位置に磁気センサ８１０を配置することにより、電流に対する磁気センサ８１０の周波数特性は、磁気センサ８１０の本来持つ磁気に対する周波数特性とほぼ同等の特性となり、中央に配置したときに比べて、広い周波数帯域まで出力が安定となり、周波数特性を向上させることができる。
電流測定装置８００のような電流センサ装置では、被測定導体上の最適な位置に磁気センサを配置した場合、その位置における磁束強度のベクトルの大きさは、周波数によらずにほぼ一定である。しかしながら、磁気センサは、その方向にだけ磁束強度を検知する感度軸方向を有しており、磁束強度のベクトルの大きさが周波数によらず一定であったとしても、磁気センサの感度軸方向、即ち被測定導体上の磁気センサの取付け面に対して垂直な方向においては、磁束強度は、必ずしも周波数に対して一定ではない。即ち、磁束強度の感度軸方向の大きさの周波数特性が悪化してしまう。
本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、磁束強度の周波数特性が良く、電流路に流れる電流の測定を正確に行うことができる電流センサ装置を提供する。
上記課題を解決するために本発明の電流センサ装置は、金属導体から成る電流路と、前記電流路を流れる電流による磁束強度を測定する磁電変換素子と、を備え、前記電流路は、互いに直交する長手方向の辺と、前記長手方向の辺の長さより短い幅方向の辺と、前記幅方向の辺の長さより短い厚み方向の辺と、を有して、複数の面を有した直方体形状をしており、前記電流は前記電流路の長手方向に向かって流れ、複数の前記面それぞれと対向しない位置に前記磁電変換素子を配置すると共に、前記磁電変換素子の感度軸方向を前記厚み方向と平行にした、という特徴を有する。
このように構成された電流センサ装置は、感度軸方向を電流路の厚み方向と平行にした磁電変換素子を、高周波磁束強度が高いと共に、低周波磁束強度の感度軸方向の成分及び高周波磁束強度の感度軸方向の成分それぞれの感度差が小さい位置である、電流路の複数の面それぞれと対向しない位置に配置したので、感度軸方向における磁束強度の周波数特性を良くすることができる。その結果、電流路に流れる電流の測定を正確に行うことができる。
また、上記の構成において、直方体形状をした前記電流路の角部から見て、前記幅方向を０度、前記厚み方向を９０度とした場合、前記磁電変換素子は、３０度以上でかつ６０度以下の位置に配置されている、という特徴を有する。
このように構成された電流センサ装置は、磁電変換素子を電流路の角部から見て３０度以上でかつ６０度以下の位置に配置したので、測定感度の変動範囲を、一般的に要求される精度の範囲内に入れることができる。
また、上記の構成において、前記磁電変換素子は、４５度の位置に配置されている、という特徴を有する。
このように構成された電流センサ装置は、磁電変換素子を電流路の角部から見て４５度の位置に配置したので、感度軸方向における磁束強度の周波数特性が最適になるようにすることができる。
本発明の電流センサ装置は、感度軸方向を電流路の厚み方向と平行にした磁電変換素子を、高周波磁束強度が高いと共に、低周波磁束強度の感度軸方向の成分及び高周波磁束強度の感度軸方向の成分それぞれの感度差が小さい位置である、電流路の複数の面それぞれと対向しない位置に配置したので、感度軸方向における磁束強度の周波数特性を良くすることができる。その結果、電流路に流れる電流の測定を正確に行うことができる。
［実施形態］
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態である電流センサ装置１００は、例えば、ハイブリットカー等の走行用の３相モータに電力を供給する電力変換機（インバータ）に設置される電流センサ装置であり、電流路に流れる電流の大きさを測定するためのものである。本発明の電流センサ装置の用途については、以下説明する実施形態に限定されるものではなく適宜変更が可能である。
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態である電流センサ装置１００は、例えば、ハイブリットカー等の走行用の３相モータに電力を供給する電力変換機（インバータ）に設置される電流センサ装置であり、電流路に流れる電流の大きさを測定するためのものである。本発明の電流センサ装置の用途については、以下説明する実施形態に限定されるものではなく適宜変更が可能である。
最初に、図１及び図２を参照して、電流センサ装置１００の構成について説明する。図１は、電流センサ装置１００の斜視図であり、図２は、電流センサ装置１００の拡大斜視図である。尚、図２においては、図１における電流路１０及び磁電変換素子７を左方向へ９０°回転させた状態で示している。
電流センサ装置１００には、図１に示すように、車両用バッテリの直流電力を３相交流電力に変換するために、互いに平行に設けられた３本の電流路１０，２０，３０が、近い距離間隔で取り付けられている。３本の電流路１０，２０，３０は、金属導体から成り、その一方が電力供給ユニット９０に接続され、その他方が３相モータ（図示せず）に接続されている。電力供給ユニット９０から３本の電流路１０，２０，３０に電流Ｃ１が流され、３相モータにその電流Ｃ１が供給される。尚、今後の説明は、電流路１０に対して行い、電流路２０，３０については、その説明を省略するが、電流路２０，３０についての内容は、電流路１０についての内容と同様である。
電流路１０は、図２に示すように、互いに直交する長手方向Ｌ１に延びる長手方向の辺１３ａと、長手方向の辺１３ａの長さより短く、幅方向Ｓ１に延びる幅方向の辺１３ｂと、幅方向の辺１３ｂの長さより短く、厚み方向Ｄ１に延びる厚み方向の辺１３ｃと、から成る複数の辺１３を有していると共に、複数の面１１を有している。上述した電流Ｃ１は、長手方向Ｌ１に向かって流れる。
電流路１０は、複数の面１１、即ち長手方向の辺１３ａと幅方向の辺１３ｂとで囲まれた２つの第１面１１ａ、長手方向の辺１３ａと厚み方向の辺１３ｃとで囲まれた２つの第２面１１ｂ、及び幅方向の辺１３ｂと厚み方向の辺１３ｃとで囲まれた２つの第３面１１ｃを有し、それぞれの面１１が互いに組み合わされて直方体形状を構成している。
電流センサ装置１００には、図１及び図２に示すように、電流路１０を流れる電流Ｃ１による磁束強度を測定するための磁電変換素子７が、電流路１０の近傍に備えられている。磁電変換素子７によって、周囲の磁束強度（磁束密度）が検知され、その後、電流路１０を流れる電流Ｃ１の大きさが算出される。磁電変換素子７は、その方向にだけ磁束強度を検知する感度軸方向Ｊ１を有しており、感度軸方向Ｊ１以外の方向に対しては磁束強度を検知しない。
磁電変換素子７は、図２に示すように、電流路１０のＹ方向の中央付近で、＋Ｘ側の第１面１１ａを＋Ｚ方向に延長した面の＋Ｘ側、かつ＋Ｚ側の第２面１１ｂを＋Ｘ方向に延長した面の＋Ｚ側の位置に、それぞれの面１１（第１面１１ａ及び第２面１１ｂ）から所定の距離離れた位置に配置されている。言い換えれば、磁電変換素子７は、電流路１０の複数の面１１それぞれと対向しない位置に配置されている。
尚、磁電変換素子７の配置位置は、電流路１０の複数の面１１それぞれと対向しない位置であれば、電流路１０の－Ｚ側や－Ｘ側であっても良いし、電流路１０のＹ方向の中央付近でなくても良い。
磁電変換素子７は、磁電変換素子７の感度軸方向Ｊ１が電流路１０の厚み方向Ｄ１と平行になるように取り付けられる。従って、電流路１０の厚み方向Ｄ１に発生する磁束については検知するが、電流路１０の長手方向Ｌ１及び幅方向Ｓ１に発生する磁束については検知しない。
次に、図３乃至図５を参照して、電流センサ装置１００における、磁電変換素子７の電流路１０に対する取り付け位置の角度θ１と低周波磁束Ｂ０及び高周波磁束Ｂ１との関係について説明する。図３は、電流センサ装置１００における磁束強度を示す説明図であり、図４は、低周波磁束強度ベクトルＢＶ０及び高周波磁束強度ベクトルＢＶ１を示す説明図であり、図５は、電流センサ装置１００における、角度θ１に対する磁束強度の感度差ΔＢを示すグラフである。尚、図３は、電流路１０及び磁電変換素子７を、図２における－Ｙ方向から＋Ｙ方向に向けてみた場合の図である。また、図４においては、磁束強度ベクトルを、また図５においては、磁束強度の感度差ΔＢを、周波数１００Ｈｚでは破線で示し、周波数１０００Ｈｚでは一点鎖線で示し、周波数２０００Ｈｚでは二点鎖線で示している。
前述したように、磁電変換素子７は、電流路１０の複数の面１１それぞれと対向しない位置に配置されている。詳細には、図３に示すように、磁電変換素子７の中心位置７ａは、直方体形状をした電流路１０の角部１５から見て、幅方向Ｓ１を０度、厚み方向Ｄ１を９０度とした場合、磁電変換素子７の電流路１０に対する取り付け位置の角度θ１が３０度以上でかつ６０度以下となる位置に配置されている。
磁電変換素子７の中心位置７ａが、磁電変換素子７の電流路１０に対する取り付け位置の角度θ１が３０度以上でかつ６０度以下の位置に配置されている理由について、以下に説明する。
図３には、電流路１０の周囲における低周波（１００Ｈｚ）及び高周波（２０００Ｈｚ）の磁束強度が表示されている。磁束強度は、流す電流Ｃ１の周波数によって、その分布が異なる。例えば、低周波（１００Ｈｚ）における低周波磁束Ｂ０は、図３に示すように、電流路１０の周囲において、電流路１０の各面（第１面１１ａ及び第２面１１ｂ）上の全ての位置で、ほぼ同一の大きさの低周波磁束強度ＢＰ０を示している。
例えば、第１面１１ａの中央部における低周波磁束強度ＢＰ０も、第１面１１ａと第２面１１ｂとが接する角部１５における低周波磁束強度ＢＰ０も、同一の大きさを示している。
一方、高周波（２０００Ｈｚ）における高周波磁束Ｂ１は、図３に示すように、電流路１０の周囲において、高周波磁束強度ＢＰ１が、電流路１０の各面（第２面１１ｂ及び第３面１１ｃ）上の各位置で、その大きさを変化させている。
例えば、第１面１１ａの中央部における高周波磁束強度ＢＰ１は、第１面１１ａの中央部における低周波磁束強度ＢＰ０よりも小さな値となっており、第１面１１ａと第２面１１ｂとが接する角部１５における高周波磁束強度ＢＰ１は、当該角部１５における低周波磁束強度ＢＰ０よりも大きな値となっている。
高周波数においては、表皮効果によって電流路１０に流れる電流Ｃ１が、図２及び図３に示す電流路１０の第２面１１ｂにおいて、特に第２面１１ｂ上の角部１５において多く流れる。その結果、電流路１０の第２面１１ｂ上の角部１５で最も大きな高周波磁束強度ＢＰ１を示すことになる。
図４には、上述した電流路１０の第２面１１ｂ上の角部１５における低周波磁束の向きと強度を示す低周波磁束強度ベクトルＢＶ０と、同じく角部１５における高周波磁束の向きと強度を示す高周波磁束強度ベクトルＢＶ１とが示されている。低周波磁束強度ベクトルＢＶ０及び高周波磁束強度ベクトルＢＶ１は、それぞれ厚み方向Ｄ１の成分と幅方向Ｓ１の成分とに分解することができる。
図４に示すように、高周波磁束強度ベクトルＢＶ１の大きさは、低周波磁束強度ベクトルＢＶ０の大きさよりも大きい。また、高周波磁束強度ベクトルＢＶ１の幅方向Ｓ１の成分の大きさも、低周波磁束強度ベクトルＢＶ０の幅方向Ｓ１の成分の大きさよりも大きい。しかし、高周波磁束強度ベクトルＢＶ１の厚み方向Ｄ１の成分の大きさは、低周波磁束強度ベクトルＢＶ０の厚み方向Ｄ１の成分の大きさと同一である。
ところで、前述したように、磁電変換素子７は、磁電変換素子７の感度軸方向Ｊ１が電流路１０の厚み方向Ｄ１と平行になるように取り付けられているため、電流路１０の厚み方向Ｄ１の成分の磁束については検知するが、電流路１０の長手方向Ｌ１及び幅方向Ｓ１の成分の磁束については検知しない。即ち、磁電変換素子７は、低周波磁束強度ベクトルＢＶ０及び高周波磁束強度ベクトルＢＶ１それぞれの厚み方向Ｄ１の成分だけを検知する。
上述したように、電流路１０の角部１５から見て、幅方向Ｓ１及び厚み方向Ｄ１それぞれに対して４５°の方向において磁電変換素子７が検知する低周波磁束強度（低周波磁束強度ベクトルＢＶ０のＤ１方向成分）及び高周波磁束強度（高周波磁束強度ベクトルＢＶ１のＤ１方向成分）は同一となる。言い換えれば、磁電変換素子７を、図３に示すように、電流路１０の角部１５から見て、幅方向Ｓ１を０度、厚み方向Ｄ１を９０度とした場合の４５度の位置の付近に、周波数による磁束強度の感度差ΔＢを小さくできる位置が存在する。
図５には、直流、即ち周波数０Ｈｚを基準（０ｄＢ）として、周波数１００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、及び２０００Ｈｚにおける、電流路１０の角部１５から見て、幅方向Ｓ１を０度、厚み方向Ｄ１を９０度とした場合の、磁電変換素子７の取付け位置の角度θ１に対する磁束強度の感度差ΔＢを示している。
図５に示すように、周波数１００Ｈｚにおいては、磁束強度の感度差ΔＢは、角度θ１に関わらず、ほぼ一定であるが、周波数１０００Ｈｚ及び周波数２０００Ｈｚにおいては、磁束強度の感度差ΔＢは、角度θ１に対して変化している。
一般的な車載用インバータにおいて、電流センサ装置１００で測定する必要のある電流の周波数は、最大２０００Ｈｚであり、磁束強度の感度差ΔＢは、約±０．１ｄＢの精度の範囲内であることが要求される。従って、磁電変換素子７の取付け位置の角度θ１は、図５から分かるように、３０度以上でかつ６０度以下の位置に配置されていることが望ましい。
更に、その中でも、磁電変換素子７は、取付け位置の角度θ１が４５度となる位置に配置されていることが最も望ましい。磁電変換素子７の取付け位置の角度θ１が４５度であれば、低周波から周波数２０００Ｈｚの高周波に亘って、磁束強度の感度差ΔＢをほぼ０ｄＢとすることができる。即ち、感度軸方向Ｊ１における磁束強度の周波数特性を最適にすることができる。
以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。
電流センサ装置１００は、感度軸方向Ｊ１を電流路１０の厚み方向Ｄ１と平行にした磁電変換素子７を、高周波磁束Ｂ１が高いと共に、低周波磁束Ｂ０の感度軸方向Ｊ１の成分及び高周波磁束Ｂ１の感度軸方向Ｊ１の成分それぞれの感度差ΔＢが小さい位置である、電流路１０の複数の面１１それぞれと対向しない位置に配置したので、感度軸方向Ｊ１における磁束強度の周波数特性を良くすることができる。その結果、電流路１０に流れる電流Ｃ１の測定を正確に行うことができる。
また、磁電変換素子７を電流路１０の角部１５から見て３０度以上でかつ６０度以下の位置に配置したので、測定感度の変動範囲を、一般的に要求される精度の範囲内に入れることができる。
また、磁電変換素子７を電流路１０の角部１５から見て４５度の位置に配置したので、感度軸方向Ｊ１における磁束強度の周波数特性が最適になるようにすることができる。
以上説明したように、本発明の電流センサ装置は、感度軸方向を電流路の厚み方向と平行にした磁電変換素子を、高周波磁束強度が高いと共に、低周波磁束強度の感度軸方向の成分及び高周波磁束強度の感度軸方向の成分それぞれの感度差が小さい位置である、電流路の複数の面それぞれと対向しない位置に配置したので、感度軸方向における磁束強度の周波数特性を良くすることができる。その結果、電流路に流れる電流の測定を正確に行うことができる。
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。
７ 磁電変換素子
７ａ 中心位置
１０ 電流路
１１ 面
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１１ｃ 第３面
１３ 辺
１３ａ 長手方向の辺
１３ｂ 幅方向の辺
１３ｃ 厚み方向の辺
１５ 角部
２０ 電流路
３０ 電流路
９０ 電力供給ユニット
１００ 電流センサ装置
Ｌ１ 長手方向
Ｓ１ 幅方向
Ｄ１ 厚み方向
Ｊ１ 感度軸方向
Ｃ１ 電流
Ｂ０ 低周波磁束
Ｂ１ 高周波磁束
ＢＰ０ 低周波磁束強度
ＢＰ１ 高周波磁束強度
ＢＶ０ 低周波磁束強度ベクトル
ＢＶ１ 高周波磁束強度ベクトル
ΔＢ 磁束強度の感度差
θ１ 角度
７ａ 中心位置
１０ 電流路
１１ 面
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１１ｃ 第３面
１３ 辺
１３ａ 長手方向の辺
１３ｂ 幅方向の辺
１３ｃ 厚み方向の辺
１５ 角部
２０ 電流路
３０ 電流路
９０ 電力供給ユニット
１００ 電流センサ装置
Ｌ１ 長手方向
Ｓ１ 幅方向
Ｄ１ 厚み方向
Ｊ１ 感度軸方向
Ｃ１ 電流
Ｂ０ 低周波磁束
Ｂ１ 高周波磁束
ＢＰ０ 低周波磁束強度
ＢＰ１ 高周波磁束強度
ＢＶ０ 低周波磁束強度ベクトル
ＢＶ１ 高周波磁束強度ベクトル
ΔＢ 磁束強度の感度差
θ１ 角度
Claims (3)
- 金属導体から成る電流路と、前記電流路を流れる電流による磁束強度を測定する磁電変換素子と、を備え、
前記電流路は、互いに直交する長手方向の辺と、前記長手方向の辺の長さより短い幅方向の辺と、前記幅方向の辺の長さより短い厚み方向の辺と、を有して、複数の面を有した直方体形状をしており、
前記電流は前記電流路の長手方向に向かって流れ、
複数の前記面それぞれと対向しない位置に前記磁電変換素子を配置すると共に、前記磁電変換素子の感度軸方向を前記厚み方向と平行にした、
ことを特徴とする電流センサ装置。 - 直方体形状をした前記電流路の角部から見て、前記幅方向を０度、前記厚み方向を９０度とした場合、
前記磁電変換素子は、３０度以上でかつ６０度以下の位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ装置。 - 前記磁電変換素子は、４５度の位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017018874 | 2017-02-03 | ||
| JP2017-018874 | 2017-08-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018142850A1 true WO2018142850A1 (ja) | 2018-08-09 |
Family
ID=63039789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2018/000263 WO2018142850A1 (ja) | 2017-02-03 | 2018-01-10 | 電流センサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2018142850A1 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010060506A (ja) * | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 電流センサおよび電流値算出方法 |
| JP2010122239A (ja) * | 2003-08-05 | 2010-06-03 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 電流測定装置、及び、電流測定方法 |
| JP2011185775A (ja) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Aisin Aw Co Ltd | 電流検出装置 |
-
2018
- 2018-01-10 WO PCT/JP2018/000263 patent/WO2018142850A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010122239A (ja) * | 2003-08-05 | 2010-06-03 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 電流測定装置、及び、電流測定方法 |
| JP2010060506A (ja) * | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 電流センサおよび電流値算出方法 |
| JP2011185775A (ja) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Aisin Aw Co Ltd | 電流検出装置 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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